Presentacion PFC Raul Martin Delgado

Desarrollo de un prototipo de sensor táctil de tres ejes

Autor: Raúl Martín Delgado.

Tutor: Carlos Pérez Martínez.

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Proyecto Fin de Carrera I.T.I. Electrónica Industrial

UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de MadridDepartamento de Ingeniería en Sistemas y Automática.

Director:  Santiago Martínez de la Casa Díaz.

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Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid

Autor: Raúl Martín Delgado.

Índice1. Introducción.

2. Estado del arte.

3. Descripción de la solución.

4. Pruebas.

5. Conclusión.

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Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid

Autor: Raúl Martín Delgado.

Introducción.

Objetivos:

Medir fuerzas de contacto con el suelo.Obtener la distribución de estas fuerzas.

Entorno RH:Sensor Fuerza‐Par JR3Aplicable a otros proyectos.

Aplicable a otros proyectos que requieran medida de fuerzaso desplazamientos en 3 dimensiones.

1. Introducción.

2. Estado del arte.

3. Descripción de la solución.

4. Pruebas.

5. Conclusión.

Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid

Autor: Raúl Martín Delgado.

Índice

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Estado del arteSensor Fuerza‐Par Array táctil Celda de carga

Sensor Fuerza‐Par

Fuerza y par en ejes x y z

Cálculo del ZMPEstabilidad según criterio de Vukobratovic

Proporciona información muy limitada del contacto.

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Array táctil NormalMatriz de sensores.

Imagen del contacto.

Tipos:Capacitivos

Resistivos

Únicamente puede medir fuerzas normales

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Array táctil celdas de carga.Matriz de sensores

Fuerzas en 3 direcciones x y z.

Aplicación: Pieles artificiales.

Fuerza máxima aplicable: Decenas de Newton

1. Introducción.

2. Estado del arte.

3. Descripción de la solución.

4. Pruebas.

5. Conclusión.

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Autor: Raúl Martín Delgado.

Índice

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Descripción de la solución.

Sensores Hall MultiplexaciónAmplificaciónFiltrado

Microcontrolador PIC32

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ImánFerrita Neodimio Samario

B Débil B Fuerte B Fuerte

T max 80º T max 350º

Tendencia a la corrosión

Elevada resistencia mecánica

eje

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Sensor Hall

12

3

1. Vcc.2. GND.3. Vout.

A‐1322‐LUASIPG=3.125mV/G

B[Gauss]

VHALL[V]

2.5

0-800 800

5

INMUNE AL ESTRÉS MECÁNICO

Dis

tanc

ia a

l pla

node

l im

án

Distancia al ejeDel imán

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Distribución de los sensores

x

y

P2P1

P3 P1=(0,0)

P2=(4.54,0)

P3=(2.27,4.57)

4.57

2.27 2.27

Triángulo isósceles. Eje del imán sobre el circuncentro.

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Estrategia de medida

H1

H2

H3

¿ ?Precalculadoen una tabla

B1

B2

B3

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Estrategia de medida

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Estrategia de medida•Planos bidimensionales.

1. Precalculados mediante Matlab, teniendo en cuenta:Dimensiones del imán.Posición del plano.

2. Guardados en una matriz en memoria del microcontrolador.

3. Aumentan el rendimiento.

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Electrónica, acondicionamiento

74HC4051N8 entradas 1 salida.

Total: 24 Entradas.3 Salidas.3 Líneas deselección

74HC4051N LM324Eliminar offset

B[Gauss]

VHALL[V]

2.5

0-800 800

5

2.966

149 B[Gauss]

VHALL[V]

0 800

5

0.466

149

LM324 LM324Aprovechar el fondo de escala del conversor.

B[Gauss]

VHALL[V]

0 800

5

0.466

149 B[Gauss]

VHALL

acondicionada[V]

3.1

0 240

5

149

LM324 RCRuidoAnti Alising

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Microcontrolador

80 Mhz1.5 DMIPS/Mhz

Lectura analógica

Inicio

Cálculo

Envio de información

•Conversor A/D•10 bits       8 bits

calculo

fila=1

Busca B en fila

Calcula posicion y error

¿error<

Error_min?No

SíError_min=error

Posicion_ok=posicion

¿fila=

fila_max?No

Sí

fila ++

fin

¿ ?

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Autor: Raúl Martín Delgado.

Microcontrolador

80 Mhz1.5 DMIPS/Mhz

Lectura analógica

Inicio

Cálculo

Envio de información

calculo

fila=1

Busca B en fila

Calcula posicion y error

¿error<

Error_min?No

SíError_min=error

Posicion_ok=posicion

¿fila=

fila_max?No

Sí

fila ++

fin

¿ ?

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Microcontrolador

µc

Tensión [V]

Mensaje

*Programa en Matlab

1.Gráfica con varias trazas.

2.Imán moviéndose por el espacio.

VIDEO

1. Introducción.

2. Estado del arte.

3. Descripción de la solución.

4. Pruebas.

5. Conclusión.

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Pruebas temporales

Tiempo

Lectura 47.7 µs

estabilización del filtro paso bajo

20 ms

Búsqueda 70.4 µs

Lectura + Búsqueda = 118 µs                      8Khz

Lectura + Filtro + Búsqueda = 20 ms          50Hz

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Pruebas de funcionamientox

zy

x

y

z

0 50 100 150-5

0

5

10

15

20

[s]1 2 3

0 50 100 150-5

0

5

10

15

20

[s]1 2 30 50 100 150

-5

0

5

10

15

20

Dis

tanc

ia a

l orig

en d

e co

orde

nada

s. [m

m]

[s]1 2 3

0 50 100 150-5

0

5

10

15

20

[s]1 2 3

Dis

tanc

ia a

l orig

en d

e co

orde

nada

s. [m

m]

Dis

tanc

ia a

l orig

en d

e co

orde

nada

s. [m

m]

Dis

tanc

ia a

l orig

en d

e co

orde

nada

s. [m

m]

A) DESPLAZAMIENTO EN X B) DESPLAZAMIENTO EN Y

C) DESPLAZAMIENTO EN Z D) DESPLAZAMIENTO CONJUNTO EN XY

1. Introducción.

2. Estado del arte.

3. Descripción de la solución.

4. Pruebas.

5. Conclusión.

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Índice

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Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid

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Conclusión y trabajos futurosMejoras.

Diseño de sensor Hall.

Imán. Vs Bobinas.

Filtro.

Alimentación robusta.

Sensor para la medida de fuerzas en tres dimensiones.

•Pruebas.

•Comprobación.

•Funcionamiento correcto.

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Desarrollo de un prototipo de sensor táctil de tres ejes

Proyecto Fin de Carrera I.T.I. Electrónica Industrial

Gracias

Autor: Raúl Martín Delgado.Tutor: Carlos Pérez Martínez.Director:  Santiago Martínez de la Casa Díaz.